专利名称：车用发电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含交流发电机的车用发电设备，该发电机具有由大量晶体管组成的桥式整流电路。
JPB245-16651提出利用恒压二极管代替普通结型二极管的三相全波整流器。
JPA63-2022255公开了一种桥接电路，该电路由MOS晶体管和与MOS晶体管并联的高压二极管(该二极管的耐压为电池电压的1.5至3倍)组成，安置在三相交流发电机与电池之间以提供直流-交流转换。
恒压二极管在整流器的电力负载断开时钳位或抑制在发电机各个输出端产生的过高电压(在下文称为巨脉冲电压)。
JPA4-138030提出由MOS功率晶体管组成的三相全波整流器。
由受让人提交的JPA8-116699提出一种控制超前功率因数操作的变换器电路。
另一方面，众所周知，由双极晶体管或IGBT组成的变换器把电池的直流电力变换为用于三相交流发电机转子线圈的三相交流电力。通常，结型二极管沿着整流输出电压的方向与双极晶体管或IGBT(绝缘栅双极晶体管)并联。
然而，为了利用上述的恒压二极管抑制巨脉冲电压，需要许多昂贵的具有大载流量的二极管，这导致元件数目和安装工序增多、设备体积增大。
本发明是在上述情况下产生的，其目的是提供一种具有桥路的车用发电设备，该桥路在不使用大功率恒压二极管的条件下抑制在发电机的各个输出端产生的巨脉冲电压。
本发明的另一个目的是提供一种车用发电设备，该设备在不使用大功率恒压二极管的条件下抑制在发电机的各个输出端产生的巨脉冲电压并且向电力负载连续地供电。
桥路由控制超前功率因数操作和高速开关操作的MOS晶体管组成，因为在开关操作中，桥路的高速开关操作降低了开关过程中的功率损耗，所以它适用于高速桥路。然而，为了保护MOS晶体管的栅极氧化膜，防止巨脉冲电压作用于它的源极或漏极是很重要的。
因此，本发明的第三个目的是提供一种具有MOS型晶体管桥路的车用发电设备，其中在不增加电路的结构和规模的条件下，可以保证栅氧化膜不受巨脉冲电压的损害。
根据本发明的主要特点，巨脉冲电压引起的电流，通过导通桥路的一对高边(high-side)元件和低边(low-side)元件，在桥路和转子线圈中环流、衰减。即，巨脉冲电压引起的冲击功率在晶体管、引线和转子线圈的阻尼作用下衰减。
构成桥路一相的变换器电路的一对高边元件和低边元件之一可以是结型二极管。
更详细地说，桥路由数目与相数相同的并联变换器组成，每一个变换器由高边整流元件和低边整流元件的串联电路组成。根据它的电流和相角的大小，输出电流由两个变换器的高边元件或一相变换器的高边元件提供。
如果在向电池供电时，连接电池的引线断开，巨脉冲电压将在一个提供充电电流的转子线圈中产生。然而，充电电流流经相应的低边元件而到达的转子线圈是接地的。如果产生的电压的相角随着转子的转动而变化，巨脉冲电压将保持在断路时所产生的电平。断路时产生负电压的转子线圈通过低边元件的二极管被钳位于地电位以保持电流吸收模式。这样，尽管巨脉冲电压产生于转子线圈的输出端，但它被限制在一定的电位，该转子线圈与被钳位于地电位的转子线圈不同相。
巨脉冲电压与短路装置的晶体管导通电阻(导通状态下晶体管的电阻)有关。如果导通电阻很小，则巨脉冲电压在短时间内衰减，过压检测装置关闭晶体管，从而又产生巨脉冲电压。这种晶体管的间歇工作以高速度重复直到巨脉冲电压受到抑制。即使巨脉冲电压没有因为关断晶体管而通过高边元件产生，巨脉冲也可以由其它转子线圈产生。该问题可以通过向其它转子线圈提供短路装置来解决。
带有寄生二极管的桥路几乎连续地向电力负载供电。该运转方式对于应付停电的能力较差的电力负载特别有用，例如ECU。
根据本发明的另一个特点，导通用作低边元件且与产生最低电压的转子线圈相连的晶体管。这样，晶体管钳位产生巨脉冲电压的转子线圈的输出端以抑制巨脉冲电压。
根据本发明的另一个特点，当与一个作为桥路低边元件的MOS晶体管相连的转子线圈产生巨脉冲电压时，MOS晶体管导通，由此阻止巨脉冲电压的产生。
特别是，恒压降元件连接在MOS晶体管的漏极和栅极之间。如果相应的转子线圈没有产生巨脉冲电压(或产生的电压低于第二电压电平)，那么恒压降元件就不导通。当它导通时，与其相连的MOS晶体管导通以将巨脉冲电压放电到地电位，由此抑制到达电力负载的巨脉冲电压。因此，只要增加一个简单电路，并加大MOS晶体管的漏极与栅极之间的耐压和漏极与源极之间的击穿电压，巨脉冲电压就可以基本上得到抑制。
根据本发明的另一个特点，作为检测巨脉冲电压阈值电平的第二电压电平在电池电压的2-3倍之间，由此阻止过电压到达与B端相连的电力负载。
根据本发明的另一个特点，第二电压电平高于二极管的正向压降与第一电压电平之和。因此，工作于正常条件下的转子线圈不会被短路，从而阻止过电压到达电池和电力负载。
根据本发明的另一个特点，晶体管是导通电阻比Si-MOS晶体管小得多的SiC-MOS晶体管。因此，它可以整流交流电流而损耗很小。SiC-MOS晶体管具有耐高温特性和高导热性，因此，晶体管不会在抑制巨脉冲电压因过热而造成被击穿。
根据本发明的另一个特点，高边元件或低边元件是由双极晶体管或IGBT和按整流发电机输出电压的方向连接的结型二极管组成的并联电路。在这种情况下，巨脉冲电压按照上述的相同方式受到抑制，即通过双极晶体管或IGBT和位于同一边但与另一转子线圈相连的结型二极管短路转子线圈，由此很容易地抑制巨脉冲电压。
根据本发明的另一个特点，在巨脉冲电压产生时，抑制巨脉冲电压的晶体管不是完全导通而是受脉宽调制信号控制，以具有一定的平均导通率，由此防止晶体管的过热和击穿。
根据本发明的另一个特点，短路装置在检测到巨脉冲电压之后使晶体管在一定的时段内导通。因此，短路一直保持到巨脉冲电压衰减并且转子线圈内的电动势降低到一定电平，由此阻止巨脉冲电压。
根据本发明的另一个特点，与产生巨脉冲电压的转子线圈相连的MOS晶体管在巨脉冲电压产生时受控制以抑制巨脉冲电压，直到相应的转子线圈向电力负载供电。
这样，当电源断开时，在连续向电力负载供电时，巨脉冲电压不会作用于电力负载。
根据本发明的另一个特点，MOS晶体管可以用于高边元件和低边元件。因此，在巨脉冲电压产生时，MOS晶体管导通以衰减巨脉冲电压，这样MOS晶体管的源极或漏极和栅极之间的电压不会高到击穿栅极绝缘膜的程度。结果，MOS晶体管型桥路可以实现超前相位控制或高速开关控制，由此在不使用大载流量元件的条件下提高了它的可靠性。
通过研究下文的详细描述、所附权利要求和附图，将会明白本发明的其它目的、特点和性质，以及本发明相关部分的功能。附图中
图1是本发明的第一实施方案发电设备的电路图；图2是巨脉冲的图形；图3是本发明的第二实施方案发电设备的电路图；图4是本发明的第三实施方案发电设备的电路图；图5是本发明的第四实施方案发电设备主要部分的电路图；图6是相应于第二实施方案发电设备修改第四实施方案的电路而得到的电路图；图7A、7B、7C、7D、7E是由构成第一实施方案发电设备的高边元件和低边元件组成的电路图，其中7A表示Si-MOS晶体管，7B表示结型二极管，7C表示IGBT，7D表示BFT，7E表示SiC-MOS晶体管；图8是本发明的第五实施方案发电设备的电路图；图9A和9B是修改第五实施方案电路的相应部分而得到的部分电路图；图10是本发明的第六实施方案发电设备的电路图；图11是示于图10的控制器主要部分的电路图；图12是本发明的第七实施方案发电设备的电路图；图13是示于图11的控制器主要部分的电路图；图14是示于图12的电路主要部分的电压变化时序图。
参照图1，下文描述了一种车用发电设备，其中车用交流发电机(交流发电机)的输出电压经整流向电池充电。
标号1是车用三相交流发电机，转子线圈11-13的输出端分别与三相全波整流器3的交流接线端41-43相连，该整流器的直流输出端与电池7的两极相连，电力负载9通过开关10与电池两极相连。
标号2是一个励磁线圈，它的一端与电池7的正极相连，另一端与产生控制电路5中发射极接地的晶体管51的集电极相连。标号52表示续流二极管。发电控制电路5的结构与传统的电压控制器相同，它控制晶体管51的开关，由此控制励磁电流，这样转子线圈11-13的输出电压稳定在预定电平B伏特(第一电压电平)。上述运转是普通的，因此将不再进一步描述。
三相全波整流器3由作为高边元件31-33的结型二极管和作为低边元件34-36的N沟道MOS晶体管组成。每一个高边元件31-33与相应的一个低边元件34-36串联以构成三条相互并联的相电路37-39，这样它的一端与电池7的正极相连而另一端与电池7的负极相连。相电路37-39的元件31-36的每一个接点或交流端41-43与转子线圈11-13的相应端相连。
每一个由N沟道MOS晶体管组成的低边元件34-36的电池负极侧主电极与位于栅极正下面的P型板极区(P型板极或P型阱区)相连，以向该区域提供一个电位。因此，该实施方案中，在每一个低边元件34-36的转子线圈侧主电极和P型板极区之间的结上形成一个寄生二极管D。寄生二极管D是三相全波整流器的低边元件。于是，有可能把结型整流二极管与低边元件34-36并联。
晶体管34-36是D-MOS型晶体管或垂直型MOS功率晶体管。
这样，含有作为高边元件31-33的结型二极管和寄生二极管D的三相全波整流器对三相交流发电机1的输出电压进行整流并向电池7充电。
下文将描述过压控制电路6(该电路由过压检测装置和短路装置或控制装置组成)。
过压控制电路6由三个分压电路6a和三个比较器61-63组成，分压电路是三个分别由电阻R1和R2、R3和R4、R5和R6组成的串联电路，比较器检测任一转子线圈11-13的输出电压是否超过预定电压电平(第二电压电平)，如果检测到某一相的输出电压高于预定电压电平，那么就导通该相的晶体管34-36。
分压电路6a分压转子线圈11的相电压V1，分压电路6a分压转子线圈12的相电压V2，分压电路6a分压转子线圈的相电压V3。标号60是恒压电路，它利用电池7通过与触发开关IGSW相连的电阻r5所提供的电压来产生相应于第二电压电平的参考电压Vref。
比较器61-63分别将相电压V1-V3的分压与参考电压进行比较，并通过隔断高频波的栅电阻rg在MOS晶体管34-36的栅极上提供一个高电平信号，该晶体管是三相全波整流器3的低边元件，由此导通晶体管。
下面将描述过压控制电路6的运转。
在没有巨脉冲电压产生时，分压电路6a的输出电压低于参考电压Vref，这样比较器61-63的输出电压为低，由此关闭晶体管34-36。
如果在充电过程中电池7的一个接线端断开或者如果三相全波整流器3的输出电流突然下降，那么在某一个转子线圈中将产生的巨脉冲电压，该电压经整流器3输送到接线端B。
如果巨脉冲电压足够高，使得与产生巨脉冲电压的某一线圈相应的比较器61-63之一产生高电平信号，那么MOS晶体管34-36中的相应一个将导通。结果，电流从产生巨脉冲电压的线圈流入地线，这样相应的MOS晶体管便钳位产生巨脉冲电压的线圈。结果，从产生巨脉冲的相线圈的高边元件到电力负载9的过高巨脉冲受到抑制，这样可以抑制对电力负载9和电池7的不利影响。因为产生巨脉冲电压的转子线圈的电压受到抑制，所以可以降低MOS晶体管的耐压，该晶体管是与产生巨脉冲电压的转子线圈相连的某一个低边元件。
当巨脉冲电压的分压低于参考电压Vref时，与产生巨脉冲电压的转子线圈相应的比较器产生低电平信号，这样与产生巨脉冲电压的转子线圈相应的MOS晶体管关断。结果全波整流器3返回到正常整流操作状态。
如果比较器61检测到巨脉冲并产生高电平信号以便导通MOS晶体管34，那么产生巨脉冲电压的转子线圈11的输出电压会突然降低，接着，比较器61产生低电平信号以关断晶体管34。然后，转子线圈11的输出电压又升高，由此使比较器61又产生高电平信号，该信号导通晶体管34。这样，比较器61的开关、MOS晶体管34的开关和高边元件二极管31的最终间歇电流的开关将顺序地进行。MOS晶体管34的开关频率很高，巨脉冲电压受到控制，这样输出电压VB就是第二电压(是电池电压的二至三倍)。结果，可以防止所有的半导体元件被击穿，并且防止过压作用于电力负载。
当一个产生巨脉冲电压的转子线圈的MOS晶体管(例如MOS晶体管34)导通时，其余的转子线圈12或13至少会产生一个反相电压V2或V3，这样在与其余的转子线圈12和13相连的MOS晶体管35和36中，至少有一个晶体管的寄生二极管D导通以便形成环路，由此消耗掉包含发电机1的转子线圈11-13的磁路所积累的磁场能量，并减小巨脉冲电压。
图2表示整流器3的输出电压中的巨脉冲。在图2中，点划线表示无控制时的巨脉冲电压；实线表示在巨脉冲电压被抑制到电池电压的两倍时所产生的电压；虚线表示在巨脉冲电压被抑制到稍高于(大约14V)高边元件二极管的正向压降(大约0.7V)与电池电压之和时所产生的电压。
参照图3描述本发明的第二实施方案。
该实施方案与第一实施方案基本相同，只是用过压控制电路600代替了第一实施方案中的过压控制电路6，电路600具有三条由恒压二极管311和电阻rg组成的串联电路。每一条串联电路连接在MOS晶体管34-36(低边元件)的主电极(或漏极)和栅极之间。
在巨脉冲电压产生时，产生巨脉冲电压的转子线圈的恒压二极管311被击穿，过了由电阻rg和栅极电容组成的积分电路的时间常数所决定的一段时间后，产生巨脉冲电压的MOS晶体管的栅极被充电到比阈值电平还高的电平。结果，MOS晶体管导通，并且以与第一实施方案相同的方式抑制巨脉冲电压。因为只有少量的电流流过恒压二极管311，所以电路可以做得很紧凑。在没有巨脉冲电压产生时，恒压二极管311不会被击穿，这样，晶体管34-36保持关断状态，寄生二极管D对输出电压进行整流。
当产生巨脉冲电压的转子线圈的输出电压比栅极电位至少低一个恒压二极管的正向压降时，栅极上的电荷将被释放掉。当栅极电位低于阈值电平时，MOS晶体管就关断。
MOS晶体管34-36的运转和对巨脉冲电压的控制与第一实施方案相同，因此，略去了对它的描述。恒压二极管311的击穿电压可以适当地改变。因此，电路的结构很简单。
参照图4描述本发明的第三实施方案。
该实施方案与第一实施方案的差别是用过压控制电路601代替了过压控制电路6，二极管用作低边元件34-35，N沟道MOS晶体管用作高边元件31-33。
过压控制电路601包括把分压电路6a(与第一实施方案相同)的输出电压和地电位进行比较的比较器612-614，具有用来分压三相全波整流器3的输出电压V0的电阻R7和R8的分压电路，把输出电压V0的分压和参考电压Vref进行比较的比较器611和与门621-623。与门621-623的输出电压通过电阻rg分别作用到高边元件MOS晶体管的栅极。高边元件MOS晶体管的寄生二极管D的正极连接到转子线圈11-13一侧。
下面描述上述电路的工作。
比较器611把通过由电阻R7和R8组成的分压电路分压输出电压V0而得到的分压和参考电压进行比较。当输出电压V0高于参考电压时，比较器向与门621-623输出高电平信号。
比较器612-614判定转子线圈11-13的各个端电压是否低于地电位，如果端电压低于地电位，那么它向与门621-623输出高电平信号。
结果，与门621-623通过电阻rg向高边元件MOS晶体管的栅极输出由比较器611的逻辑输出和每个比较器621-623的逻辑输出得到的与信号。换句话说，当巨脉冲电压产生时(当比较器611产生高电平信号时)，与一个(例如11)产生负输出电压的转子线圈相连的MOS晶体管(例如31)导通。这样，电流从包含巨脉冲电压的整流器3的一个输出端(例如B)流出，经过相应的MOS晶体管(例如11)，到达产生负电压的转子线圈(例如12)，由此抑制了输出电压V0中的巨脉冲电压。
因此，整流器3和转子线圈11-13以与第一和第二实施方案相同的方式衰减巨脉冲电压。
高边元件MOS晶体管的间歇运转和对巨脉冲电压的抑制与第一和第二实施方案相同，对于巨脉冲电压，低边元件34-36和高边元件MOS晶体管的电压抑制操作与第一和第二实施方案相同。
参照图5描述第四实施方案。
该实施方案为第一实施方案中的各个MOS晶体管34-36增加了晶体管控制电路8。
每一个晶体管控制电路8由比较器85、二极管86和87、电阻r8组成，并且与某一个MOS晶体管34-36相连。
示于图1的比较器61的输出电压作用于二极管87。比较器85判定转子线圈11的端电压是否低于地电平。如果端电压低于地电平，高电平信号便作用到晶体管34的栅极并使其导通。另一方面，如果端电压高于地电平，将产生低电平信号，这样MOS晶体管34按第二实施方案的控制模式运转。
于是，MOS晶体管34对流过沟道和寄生二极管的电流进行整流，这样可以降低整流的功率损耗。
作用在比较器85上的电压是转子线圈11所产生的电压的分压，而不是所产生的总电压。
在示于图3的第二实施方案中，如果示于图5的电路加在各个MOS晶体管34-36上，那么MOS晶体管34-36就可以用作整流元件。在这种情况下可以略去二极管87。
在示于图4的第三实施方案中，如果示于图6且运转方式与图5中电路相同的电路加在各个转子线圈上，那么高边元件MOS晶体管也可以用作整流元件。在这种情况下，与电路621-623的输出电压分别作用在二极管87上。
在该实施方案中，当产生的电压Vc高于电池电压或三相全波整流器3的输出电压V0时，比较器85产生高电平信号以导通图4中的MOS晶体管33。
在第一和第二实施方案中，各个高边元件31-33由结型二极管组成，各个低边元件由MOS晶体管和它的寄生二极管组成。然而，下列元件中的任何一个都可以用作高边元件或低边元件(a)具有寄生二极管的MOS晶体管，(b)结型二极管，(c)具有并联结型二极管的IGBT，(d)具有并联结型二极管的双极型晶体管，和(e)具有寄生二极管的SiC-MOS晶体管。
值得注意的是，高边元件31-33或者低边元件必须使用晶体管。比较器85和与门621-623的高电平信号应该调整得足够高以便导通高边元件MOS晶体管。
PWM(脉宽调制)控制系统可以用来抑制用作高边元件31-33或低边元件的晶体管过热。PWM控制系统可以由产生具有适当占空比的稳频信号电压的振荡器，接收稳频信号电压和示于图1的晶体管的集电极电压或使所有晶体管34-36导通的电压的与电路组成。PWM控制系统加入电路5，并根据与电路的与信号控制MOS晶体管34-36。该电路结构简单明了，不再作进一步的描述。
耐热SiC-MOS晶体管优选地用于解决在控制巨脉冲电压时产生的温升。
参照图8描述本发明的第五实施方案。
该实施方案和第二实施方案(示于图3)的差别是电阻r21连接在各个MOS晶体管34-36的栅极和地之间。
下面描述该实施方案的特点。
在第二实施方案中，如果相应于产生巨脉冲电压的转子线圈13的恒压二极管311被击穿，那么产生巨脉冲电压的转子线圈11的MOS晶体管36的栅极被充电，只要巨脉冲电压不低于比电池电压还低的阈值电平，MOS晶体管36就不关断。因此，正常输出电压不是立即产生的。在本实施方案中，栅极放电路径的电阻21解决上述问题。如果产生的电压是V3，那么作用在MOS晶体管36栅极上的栅极电压等于(V3-Vz)×r21/(rg+r21)。如果栅极电压高于阈值电平，MOS晶体管36就导通。Vz是恒压二极管311的击穿电压。
参照图9A和9B描述第五实施方案的变例。
除了恒压二极管311以外，图9A显示了图8中的相同部分。在这种情况下，分压电路由电阻rg和r21组成。当被电阻rg和r21分压的电压等于MOS晶体管36的阈值电平时，晶体管36就导通。例如，如果阈值电平为3伏特的MOS晶体管在输出电压V3为18伏特时导通，那么电阻rg和r21的分压比为6∶1。
除了用pnp晶体管400代替恒压二极管311之外，图9B显示了图8中的相同部分。标号rb表示一个电阻。如果产生了巨脉冲，那么晶体管400就导通以便导通MOS晶体管36。晶体管400的发射极电压设定为电池电压的两倍。反相放大电路可以用pnp晶体管400代替。
参照图10描述本发明的第六实施方案。
该实施方案的电路具有一个由替代第一实施方案(示于图1)中整流器3的高边元件31-33的N沟道MOS晶体管和包含在产生控制电路5中用于控制MOS晶体管31-36的控制器53组成的桥路。当IG电压为高时，控制器53由电压B供电，并开始运转。控制器53控制晶体管51使电压B成为特定电压(第一电压电平)，并根据比较器61-63的输出信号控制MOS晶体管31-36以便对产生的相电压V1、V2和V3进行整流。寄生二极管(未图示出)连接在各个MOS晶体管31-36的源极和漏极之间，其阴极与漏极相连，其阳极与源极(P型阱)相连。图11示例MOS晶体管31-36中作为某一相的一对晶体管(例如MOS晶体管31和34)的控制电路。下面将描述产生相电压V1的电路的运转。
当在正常整流操作中没有巨脉冲电压产生时，比较器61输出低电平信号。因此，高电平信号(过电压检测信号)不会作用到异或门500或者或门501上。另一方面，低边元件控制信号(示于图5的比较器85产生的高电平信号)通过或门501作用到MOS晶体管34的栅极，由此导通该晶体管。由示于图6的比较器85给出的处于高电压电平的高边元件控制信号经反相器502反相后，作用到异或门500上，该异或门向MOS晶体管31(高边元件)的栅极输出高电平信号并使它导通。
当转子线圈11产生巨脉冲电压时，比较器61产生作为过电压检测信号的高电平信号。当异或门500和或门501收到高电压信号时，异或门500产生低电平信号以关断MOS晶体管31，或门501产生高电平信号以导通MOS晶体管34，由此衰减巨脉冲电压。
换句话说，当巨脉冲电压产生时，桥路(全MOS晶体管型桥路)的低边MOS晶体管导通以便抑制巨脉冲电压和关断高边MOS晶体管31，这样可以阻止巨脉冲电压通过MOS晶体管31的沟道到达电池7和负载9。
因为MOS晶体管对32和35、MOS晶体管对33和36的运转方式与MOS晶体管对31和34相同，所以不再描述它们的运转。驱动高边元件31-33MOS晶体管的电路，例如示于图4的与门621-623，示于图6的比较器85，异或门500或者或门501被调整得产生高于电池电压的电压，以便使高边元件31-33MOS晶体管处于非饱和状态。如果使用PMOS晶体管作为高边元件31-33，就不再需要上述条件了。在本发明的全MOS晶体管型桥路构成的三相整流电路中，按照第三实施方案的描述，通过导通高边元件31-33MOS晶体管可以抑制巨脉冲电压。在这种情况下，与同相高边元件相应的低边元件34-36MOS晶体管关断，该同相高边元件是导通的以便吸收巨脉冲电压。
根据该实施方案，全MOS晶体管型三相全波整流器3具有抑制产生于转子线圈11-13的巨脉冲电压的结构。因此，不再需要专门抑制巨脉冲电压的电路，这将使电路简单且紧凑。
参照图12和13描述本发明的第七实施方案。
该实施方案的电路与示于图10的第六实施方案的电路的差别在于增加了比较器64-66，恒压源60产生的参考电压Vref’(第三电压电平的分压)低于参考电压Vref(第二电压电平的分压)，还增加了或门600、保持电路601和与门602。只有或门600和保持电路601是各相共有的。然而，与门602是为每一相而提供的。
比较器64把转子线圈11产生的电压(相电压)V1的分压和参考电压Vref’进行比较，比较器65把产生的电压(相电压)V2的分压和参考电压13进行比较，比较器66把产生的电压(相电压)V3的分压和参考电压13进行比较。控制器53接收各个比较器61-66的输出电压。控制器53的单相控制部分示于图13。如上所述，或门600和保持电路601是各相共有的。
根据本发明，下面将描述与产生电压V1相应的单相电路的运转。
当在任一定子线圈11-13上产生巨脉冲电压时，相应的某一比较器61-63产生作为过压检测信号的高电平信号，或门600把高电平信号(指示产生了巨脉冲电压信号)输送到保持电路601，该电路将连续地输出作为过压检测信号的高电平信号，直到控制器53断电为止。只要IG电压为高电平，该实施方案中的控制器就由电池电压VB供电。因此，保持电路601的保持操作将一直持续到触发开关IGSW断开。
比较器64的输出电压作为电压检测信号作用到与门602上。当包含在产生电压V1中的巨脉冲电压的分压高于参考电压Vref’时，比较器64产生高电平信号。参考电压Vref’高于驱动电力负载所需的最低电压的分压，但低于参考电压Vref。
因此，如果在检测到巨脉冲电压之后，产生电压V1的分压高于参考电压Vref，那么就产生高电平信号，以便使保持电路保持高电平信号。这样，如果产生电压V1的分压不高于参考电压Vref’，那么就产生低电平信号以导通MOS晶体管31、关断MOS晶体管34，并且由产生电压V1向电力负载9供电。当MOS晶体管31导通、MOS晶体管34关断时，由于巨脉冲功率没有彻底地耗散掉，会产生巨脉冲电压。然而，高速开关运转使比较器64产生高电平信号以关断MOS晶体管31、导通MOS晶体管34，由此降低了巨脉冲电压并防止它到达电力负载。图14示例了施加到示于图12的各部分的电压波形。
总之，根据该实施方案，甚至于在巨脉冲电压产生之后，由参考电压Vref’控制的电压仍可向电力负载供电。
该实施方案可以应用于任何电路，而不仅仅是示于图10的全MOS晶体管型桥路3。该实施方案的保持电路601可以用瞬时保持电路替换，例如单稳多谐振荡器。在这种条件下，高电平信号可以保持足够长的时间(几百毫秒)以便衰减巨脉冲电压。这样，有可能在保持操作结束后，使电路返回到正常控制操作状态。比较器61-63可用A-D转换器替换，并配以用于微计算机的软件，微计算机产生过压信号，只要它们的可靠性与比较器61-63一样足够高。
在本发明的上述描述中，参照它的特定实施方案公开了本发明。然而，很明显，在不偏离附加权利要求所规定的本发明的更全面的宗旨和领域的前提下，对本发明的特定实施方案可以作各种修改。相应地，在本文件中对本发明的描述应当认为是说明性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种车用发电设备，包括由发动机驱动并具有励磁线圈(2)和转子线圈(11，12，13)的交流发电机(1)，具有连接在各转子线圈(11，12，13)输出端和电池(7)之间的高边整流元件(31，32，33)与低边整流元件(34，35，36)的桥式电路(3)，控制部分高边、低边元件(31-36)的控制单元(6，600，601)，把桥路(3)输出电压调节到第一电压电平的电压调节器(5)，其中所述控制单元(6，600，601)包括过压检测装置(61-66，311)，当转子线圈(11，12，13)产生的巨脉冲电压超过比第一电压电平还高的第二电压电平时，与转子线圈(11，12，13)相连的所述过压检测装置产生过压信号；短路装置(53，31-33，34-36)，它与过压检测装置(61-66，311)和转子线圈(11，12，13)相连，并根据所述过压信号，通过导通部分整流元件，选择性地短路部分转子线圈(11，12，13)，由此抑制巨脉冲电压。
2.根据权利要求1的发电设备，其特征在于短路装置(53，31-33，34-36)导通桥路(3)的一个低边整流元件(34，35，36)。
3.根据权利要求1的发电设备，其特征在于桥路(3)的每一个低边整流元件(34，35，36)包含MOS晶体管；控制电路(6，600，601)包含连接在与发电机相连的MOS晶体管的主接线端和它的栅极之间的恒压降元件(311)；过压检测装置(61-66，311)包含在输出电压超过第二电压电平时用于提供栅极电流的恒压降元件(311)。
4.根据权利要求1的发电设备，其特征在于短路装置(53，31-33，34-36)根据过压检测装置(61-66，311)的输出信号导通与处于负电位的转子线圈(11，12，13)的接线端相连的高边整流元件(31，32，33)。
5.根据权利要求1的发电设备，其特征在于第二电压电平不低于电池(7)的正常电压的两倍，也不高于电池(7)正常电压的三倍。
6.根据权利要求1的发电设备，其特征在于第二电压电平高于结型二极管(31-33)的正向压降与第一电压电平之和。
7.根据权利要求1的发电设备，其特征在于高边整流元件(31，32，33)和低边整流元件(34，35，36)中至少有一个包含SiC-MOS晶体管。
8.根据权利要求1的发电设备，其特征在于一个高边整流元件(31，32，33)和低边整流元件(34，35，36)是由双极晶体管和按照转子线圈(11，12，13)所产生的整流电压的方向连接的结型二极管组成的并联电路。
9.根据权利要求1的发电设备，其特征在于至少部分高边和低边整流元件(31-36)包含具有寄生二极管(D)的N沟道MOS晶体管，该二极管按照整流转子线圈(11，12，13)所产生的电压的方向配置在位于栅极正下面的P型板极区域和N+型区域之间。
10.根据权利要求7的发电设备，其特征在于控制单元(6，600，601)间歇地控制高边MOS晶体管以执行交流-直流转换。
11.根据权利要求1的发电设备，其特征在于控制单元(6，600，601)以特定的平均导通率导通部分高边和低边整流元件(31-36)。
12.根据权利要求1的发电设备，其特征在于短路装置(53，31-33，34-36)根据过压信号控制部分高边和低边整流元件(31-36)以便把桥路(3)的输出电压抑制到向电力负载(9)供电所需的最低电平。
13.根据权利要求1的发电设备，其特征在于高边整流元件(31，32，33)和低边整流元件(34，35，36)是MOS晶体管。
全文摘要
一种车用发电设备，包括交流发电机(1)、电池(7)和整流桥路(3)。桥路(3)由高边元件(31，32，33)和低边元件(34，35，36)组成。与产生巨脉冲电压的转子线圈相连的一个低边整流元件(31，32，33)导通以便使巨脉冲电压在转子线圈(11，12，13)中环流，由此抑制巨脉冲电压。
文档编号H02H7/06GK1156347SQ9612188
公开日1997年8月6日 申请日期1996年12月5日 优先权日1995年12月5日
发明者筒井敏雄, 佐藤博英, 丸山敏典 申请人:株式会社电装